Vi Sinh || Di truyền vi khuẩn ĐH Y Khoa Vinh VMUVi Sinh || Di truyền vi khuẩn ĐH Y Khoa Vinh VMUVi Sinh || Di truyền vi khuẩn ĐH Y Khoa Vinh VMUVi Sinh || Di truyền vi khuẩn ĐH Y Khoa Vinh VMUVi Sinh || Di truyền vi khuẩn ĐH Y Khoa Vinh VMUVi Sinh || Di truyền vi khuẩn ĐH Y Khoa Vinh VMUVi Sinh || Di truyền vi khuẩn ĐH Y Khoa Vinh VMUVi Sinh || Di truyền vi khuẩn ĐH Y Khoa Vinh VMUVi Sinh || Di truyền vi khuẩn ĐH Y Khoa Vinh VMUVi Sinh || Di truyền vi khuẩn ĐH Y Khoa Vinh VMU

1. DI TRUYỀN VI KHUẨN
MỤC TIÊU:
- Trình bày được định nghĩa đột biến
và các đặc điểm
- Trình bày được sự tái tổ hợp chất
liệu di truyền trên NST của vi khuẩn
và ứng dụng
- Trình bày được định nghĩa, đặc điểm
cấu tạo, vai trò của plasmid và
transposon

2. 1. Đại cương:
1.1. Di truyền:
- Là sự bảo tồn đặc tính qua nhiều thế
hệ vì khi phân chia phân tử ADN được
sao chép theo cơ chế bán bảo tồn.
- Khi nuôi cấy VK trên môi trường đặc,
mỗi VK phát triển sẽ hình thành một
khuẩn lạc riêng rẽ.
1.2. Những ưu điểm của VK trong nghiên
cứu về di truyền:

3. • Thời gian thế hệ ngắn, tốc độ sinh sản
nhanh: Đặc điểm của nghiên cứu di
truyền học là theo dõi qua nhiều thế hệ
nên các đối tương vi sinh giúp rút ngắn
đáng kể thời gian thí nghiệm.
• Tăng vọt số lượng cá thể: có thể phát
hiện những sự kiện thay đổi vật chất di
truyền hiếm hoi (như độ biến hoặc các
dạng tái tổ hợp) với tần số 10-8
– 10-11.
Ưu
thế này được tăng lên nhờ môi trường
nuôi đơn giản, dễ nuôi cấy, dễ nhân
giống mà ko tốn diện tích.

4. • Có cấu tạo bộ gen đơn giản nên dễ tiến hành
thí nghiệm trực tiếp trên ADN và chiết tách
tinh sạch. Các tính trạng của VSV cũng đơn
giản hơn, xác định di truyền các tính trạng
này cũng ít phức tạp hơn.
• Dễ thu nhận các đột biến:
Tần số đột biến ở động thực vật là 10-5
- 10-7,
khó thu nhận và cần có thời gian vài thế hệ
để khẳng định đúng là dạng đột biến. Còn
các đột biến ở VSV có thể thu nhận dễ dàng,
thậm chí với tần số thấp

5. • Dễ nghiên cứu bằng các kỹ thuật vật lý,
hóa học:
Do có cấu tạo đơn bào nên quần thể
VK có độ đồng nhất cao hơn so với các
tế bào sinh vật đa bào bậc cao bắt
nguồn từ nhiều loại mô khác nhau. Độ
đồng nhất cao này sẽ tạo điều kiện
thuận lợi cho việc sử dụng các
phương pháp vật lý, hóa học trong
nghiên cứu di truyền.

6. E.coli:
• Sao chép, phiên mã, dịch mã và tái tổ
hợp
• Đột biến
• Điều hòa biểu hiện gen
• Kỹ thuật ADN tái tổ hợp

7. Sự
thay
đổi
chất
liệu di
truyền
Do đột biến
Do tái tổ hợp
Do Plasmid
Do transposon
2. Sự thay đổi chất liệu di truyền

8. A. ĐỘT BIẾN
- Là sự thay đổi đột ngột một tính chất
của một cá thể trong một quần thể VK
đồng nhất.
- Đột biến này di truyền được nên sẽ có
một clone mới được hình thành từ cá
thể đặc biệt này, có nghĩa là sẽ xuất
hiện một biến chủng từ chủng hoang
dại ban đầu.

9. - Các tính chất của đột biến:
+ Hiếm
+ Vững bền
+ Ngẫu nhiên
• Đột biến có sẵn trước khi có nhân
tố chọn lọc tác động
• Đột biến nhiều bước
+ Độc lập
+ Đặc hiệu

10. B. TÁI TỔ HỢP CHẤT LIỆU DI
TRUYỀN TRÊN NST
1. Biến nạp (Transfomation):
- Định nghĩa: là sự vận chuyển một
đoạn ADN từ VK cho sang VK nhận
- Thí nghiệm chứng minh hiện tượng
biến nạp:
+ Thí nghiệm của Griffith (1928)
+ Thí nghiệm của Avery và cộng sự
(1944)

12. - Điều kiện:
+ VK cho bị ly giải
+ NST của nó được giải phóng và phân
cắt thành những mảnh nhỏ. Đoạn ADN
từ tế bào cho xâm nhập vào tế bào
nhận được gọi là đoạn ngoại lai. ADN
nguyên vẹn của tế bào nhận được gọi
là đoạn nội tại
+ VK nhận phải ở trạng thái khả nạp,
cho phép những mẫu ADN xâm nhập
vào. Tính khả nạp này có thể có tự
nhiên, (S.pneumonia, H.influenza…)
hoặc qua xử lý (E.coli xử lý với Ca2+…
)

13. - Hai giai đoạn của biến nạp
+ Nhận mảnh ADN
+ Tích hợp mảnh ADN vào VK nhận

14. - Cơ chế biến nạp:
+ Xâm nhập của DNA:
Sợi ADN mạch kép của dòng VK S có
thể gắn với điểm tiếp nhận trên màng
tế bào VK R, sau đó chui vào trong tế
bào thì 1 mạch của S sẽ bị nuclease tế
bào cắt, còn lại 1 mạch nguyên

15. + Bắt cặp:
DNA của thể nhận R sẽ biến tính tách
rời 2 mạch ở một đoạn để bắt cặp với
đoạn DNA thể S vừa chui vào
Đoạn DNA của R ở đoạn có DNA thể S
bắt cặp sẽ bị cắt đứt và đẩy ra. Trong
quá trình bắt cặp có những đoạn không
tương đồng thì sẽ hình thành nên
những vòng lồi, những đoạn đó gọi là
Heteroduplex, còn các đoạn bắt cặp
tương đồng gọi là Homoduplex

16. + Sao chép: Sau khi bắt cặp sẽ tạo phân
tử DNA có đoạn lai R-S, tiến hành sao
chép để tạo ra 2 sợi kép một sợi kép R-
R và 1 sợi kép khác có mang đoạn ADN
thể nhận S-S.

17. Genome của TB nhận và TB cho
Biến
nạp tự
nhiên ở
Bacillus
subitilis

19. Ứng dụng biến nạp:
• Tần số biến nạp
• Tần số đồng biến nạp

20. 2. Tiếp hợp (Conjugation):
- Định nghĩa: là sự vận chuyển chất liệu
di truyền từ VK đực sang VK cái khi 2
VK tiếp xúc với nhau
- Thí nghiệm chứng minh:
Lederberg và Tatum (1946)

22. - Năm 1952 Hayes phát hiện giới tính ở hiện
tượng giao phối. Các gen được truyền theo 1
chiều nhất định từ VK đực sang VK cái.
- Điều kiện xảy ra tiếp hợp: 1 VK phải có yếu
tố giới tính F làm cầu giao phối. Yếu tố F làm
thay đổi tính chất bề mặt làm cho 2 VK dễ
tiếp xúc.
- Yếu tố F:
+ là 1 phân tử ADN dạng vòng tròn khép kín,
dài khoảng 2% độ dài NST VK.
+ Tồn tại ở 3 trạng thái: F+
, Hfr, F’

23. - Các giai đoạn tiếp hợp:
+ Hình thành cầu giao phối (gọi là ống
pilus). Ống này có khả năng co lại làm
2 tế bào gần nhau.
+ Chuyển gen từ VK đực sang VK cái
+ Tích hợp gen chuyển vào NST VK
nhận thông qua tái tổ hợp.

25. a. Tiếp hợp giữa F+
và F-
• Hai tế bào vi khuẩn tiến sát vào nhau
• Hình thành cầu tiếp hợp
• Nhân tố F từ tế bào F+
đứt ở một
mạch, mạch đứt đó được truyền
sang tế bào F-
. Quá trình tổng hợp
sợi bổ sung của F được thực hiện ở
cả hai tế bào
• Kết quả: hình thành hai tế bào F+

27. b. Tiếp hợp giữa Hfr và F-
• Hai tế bào hình thành ống tiếp hợp.
• Nhân tố F từ thể cho được tách do
mở ADN mạch vòng ở vị trí bất kỳ.
Hai sợi đơn của phân tử ADN kép
được tách nhau ra, một đầu chui qua
ống tiếp hợp, kéo theo một số gen
của NST, được truyền sang tế bào
nhận. Sợi bổ trợ còn lại được tổng
hợp bên trong TB nhận

28. • Nếu các gen nằm trong phân tử ADN được
truyền sang có những đoạn tương đồng với
NST tế bào nhận thì có thể xảy ra hiện tượng
trao đổi chéo, tái tổ hợp và có thể được phát
hiện, nghiên cứu. Nếu toàn bộ một sợi đơn
của NST vi khuẩn cho và phần còn lại của
nhân tố F được truyền sang tế bào nhận, tế
bào nhận F-
sẽ trở thành tế bào F+
, tuy nhiên
rất hiếm khi như vậy.
• Tần số tái tổ hợp cao hơn so với F+
và F-

30. Lập bản đồ di truyền bằng tiếp hợp:
• Tiếp hợp ngắt quãng
• Tiếp hợp không ngắt quãng
→ Trình tự các gen được truyền bởi
mỗi chủng Hfr
→ Bản đồ gen khi sử dụng nhiều
chủng Hfr truyền hết các gen của vi
khuẩn.

32. 6. Plasmid F’
• Là plasmid F bị cắt bỏ khỏi NST vi khuẩn sau
khi lồng ghép. Vi khuẩn từ Hfr trở thành F+
.
• Quá trình cắt bỏ thường không chính xác nên
một số gen của vi khuẩn cũng bị cắt theo.
• Khi cho F’ tiếp hợp vào vi khuẩn, nó sẽ chuyển
gen cho VK nhận

33. F’ được sử dụng để phân tích
bổ trợ
Ví dụ: Thu được 2 chủng đột biến cùng khuyết
dưỡng arginine, ký hiệu argC và argB. Hai
đột biến trên cùng 1 gen hay ở 2 gen khác
nhau?
• Tạo F’ có kiểu gen argC+
argB rồi lai với 2
chủng đột biến.
• Nếu hai đột biến đều mọc được trên môi
trường chọn lọc => 2 chủng đều mang đột
biến ở gen C.
• Nếu một chủng mọc được thì chủng đó mang
đột biến ở C.
• Nếu cả hai chủng đều không mọc được thì cả
hai đều mang đột biến ở B.

34. 3. Tải nạp (Transduction)
- Định nghĩa: là sự vận chuyển chất liệu
di truyền thông qua phage.

35. - Thí nghiệm chứng minh:
Zinder và Laerberg phát hiện năm 1952
• Hai chủng vi khuẩnHai chủng vi khuẩn
Salmonella typhimuriumSalmonella typhimurium (A(A
và B) được nuôi trong ốngvà B) được nuôi trong ống
hình chữ U, có màng ngănhình chữ U, có màng ngăn
vi khuẩnvi khuẩn
A: try-hisA: try-his+ × B:+ × B: trytry++hishis−−
• Tạo ra thể tái tổ hợpTạo ra thể tái tổ hợp
try+ histry+ his++
• Tác nhân giúp cho sựTác nhân giúp cho sự
hình thành thể tái tổ hợphình thành thể tái tổ hợp
được xác định là phageđược xác định là phage

36. - Các loại tải nạp:
+ Tải nạp chung: phage chuyển bất kỳ một
đoạn gen nào từ vi khuẩn cho nạp sang vi
khuẩn nhận. Chia 2 loại:
♦ Hoàn chỉnh
♦ Không hoàn chỉnh
VD: Phage T1 xâm nhiễm E. coli là một phage
tải nạp chung.
+ Tải nạp đặc hiệu: mỗi phage nhất định chỉ
chuyển nạp một nhóm gen nhất định từ vi
khuẩn cho sang vi khuẩn nhận.

37. Cơ chế tải nạp chung
• Phage xâm nhập và sinh sản trong tế
bào vi khuẩn cho tạo ra nhiều phân tử
AND con và nhiều vỏ capsid của phage
cũng được tạo thành.
• Phage tiết enzym nuclease phân cắt
ADN của VK cho thành nhiều đoạn.
• Trong quá trình lắp ráp tạo thành hạt
phage hoàn chỉnh, có 1-2% phage vô
tình mang nhầm đoạn ADN của VK gọi
là hạt tải nạp

38. • Sau khi phage gây ly giải tế bào VK
cho, giải phóng các phage ra ngoài, hạt
tải nạp tiếp tục xâm nhiễm vào tế bào
VK khác.
• Nếu quá trình tái tổ hợp xảy ra làm gen
của VK cho tích hợp vào bộ gen của
VK nhận ⇒ Tải nạp hoàn chỉnh
• Nếu không tái tổ hợp được ⇒ Tải nạp
không hoàn chỉnh.

39. Sơ đồ cơ chế tải nạp chung hoàn chỉnh

41. Sơ đồ cơ chế tải nạp chung không hoàn chỉnh

42. Đặc điểm tải nạp chung
• Thường do phage kiểu T1 thực hiện
• Bất kỳ gen nào của VK cũng được tải
nạp do đầu phage có thể gói nhầm bất
kỳ.
• Do không có các điểm gắn vào cho
prophage nên tải nạp chỉ có được do
gói nhầm ADN của tế bào chủ khi
phage trưởng thành

43. Cơ chế tải nạp đặc hiệu
• Xảy ra do ADN của phage xen vào NST vi
khuẩn chủ tại vị trí nhất định (prophage).
• Khi ADN phage tách khỏi NST vi khuẩn, nó
có thể bị cắt không chính xác nên tạo ra ADN
phage mang một số gen nào đó của vi khuẩn.
• Trong điều kiện cụ thể, ở các tế bào tiềm tan,
sự sinh tan bắt đầu.
• Khi xâm nhiễm tế bào vi khuẩn khác, phage
mang gen vi khuẩn có thể trao đổi chéo ở
các đoạn tương đồng và truyền gen sang vi
khuẩn nhận.

44. Cơ chế tải nạp đặc hiệu ở phage λ

45. Đặc điểm tải nạp đặc hiệu
• Những gen được chuyển nằm sát
chỗ prophage gắn vào
• Chỉ prophage kiểu λ thực hiện
• Xảy ra do kết quả cắt sai của
prophage khi tách khỏi nhiễm sắc
thể của tế bào chủ
• Tải nạp đặc hiệu có tần số thấp do
sự cắt sai của phage λ rất hiếm

47. C. PLASMID
- Plasmid là những phân tử ADN dạng
vòng tròn kép kín nằm trong tế bào chất
và có khả năng tự nhân lên. Một số
plasmid có thể tích hợp vào nhiễm sắc
thể của vi khuẩn.
- Cấu trúc Plasmid:
∗Mang gen kiểm soát tần số sao chép và
số lượng bản sao của plasmid trong tế
bào, gen quy định điểm khởi đầu và điều
khiển sự chuyển ADN trong tiếp hợp,
∗Chứa các gen khác: kháng KS, tạo độc
tố….

48. Sự nhân lên của plasmid phối hợp nhịp
nhàng với sự nhân lên của nhiễm sắc thể

49. - Plasmid chứa các gen mã hóa nhiều dặc tính
khác nhau không thiết yếu cho sự sống tế
bào nhưng có thể giúp tế bào chủ tồn tại
dưới áp lực chọn lọc
- CLDT trên plasmid có thể được di truyền dọc
qua phân chia tế bào hoặc truyền ngang từ
VK này sang VK khác thông qua biến nạp,
tiếp hợp hoặc tải nạp
- Số lượng bản sao của một plasmid trong tế
bào có khác nhau. Plasmid có trọng lượng
phân tử lớn thì có ít bản sao.

50. - Các loại plasmid chính:
+ Yếu tố F: có vai trò quan trọng trong
giao phối và chuyển plasmid cho sang
plasmid nhận.
+ Plasmid sinh chất diệt khuẩn: những
plasmid này làm tế bào vi khuẩn tổng
hợp các chất có khả năng tiêu diệt các
vi khuẩn khác.
Ví dụ: colixin do E.coli sinh ra,
staphloxin do S.aureus sinh ra, pyoxin
do P.aeruginosa sinh ra…

51. + Những plasmid kháng thuốc (R-
plasmid: Resistance - plasmid): làm vi
khuẩn kháng lại kháng sinh và một số
muối kim loại nặng khác.
Plasmid R lớn có nhiều gen kháng
thuốc và một gen chuyển kháng gọi là
RTF (Resistance Transfer Factor) hay
còn gọi là gen tra (Transfer). Các gen
kháng thuốc kiểm soát các enzyme làm
huỷ hoại hoặc thay đổi các phân tử của
kháng sinh. Gen chuyển kháng RTF
chịu trách nhiệm vận chuyển các gen
kháng thuốc sang vi khuẩn nhận.

52. Sơ đồ gen Plasmid F của vi khuẩn E.coli
• Con số bên trong cho biết kích thước của
plasmid (chính xác là 99.159 bp).
• Vùng màu xanh sẫm ở dưới chứa những gen
chịu trách nhiệm chính để sao chép và tách
plasmid F trong tế bào phát triển bình thường.
•Vàng xanh sáng, vùng tra, chứa những gen
chịu trách nhiệm chuyển gen.
•Chuỗi ori T là điểm khởi đầu của quá trình
chuyển plasmid trong tiếp hợp. Mũi tên cho
biết hướng chuyển (vùng tra sẽ được chuyển
qua cuối cùng).
• Những vùng màu vàng là những yếu tố có
thể hoán đổi vị trí, nơi mà có thể xảy ra sự hợp
nhất vào nhiễm sắc thể vi khuẩn và dẫn đến
sự hình thành dòng Hfr

53. Plasmid R100
cml

54. • Một số plasmid nhỏ không có gen bộ
gen tra nhưng có thể có gen mob
(mobolizton) sẽ gắn được vào một
plasmid tra nào đó và cùng được dẫn
truyền sang vi khuẩn nhận.
+ Những plasmid gây độc: một số
plasmid mang những gen tạo ra những
chất làm tăng thêm độc lực cho vi
khuẩn, như độc tố ruột (Enterotoxin)
của vi khuẩn gây bệnh đường ruột, độc
tố gây tan máu (hemolysin) có ở vi
khuẩn tụ cầu.

55. D. Transposon
• Là những đoạn AND có kích thước 750- 5000
bp, chứa một hay nhiều gen, có 2 đầu tận
cùng là những chuỗi nucleotid (khoảng 15-
25bp) lặp lại ngược chiều nhau, có thể
chuyển vị trí (transposition) từ phân tử AND
này sang phân tử AND khác, ví dụ từ plasmid
vào nhiễm sắc thể và ngược lại hoặc từ
plasmid này sang plasmid khác.
• Có thể mang các gen đề kháng KS và lan
truyền dọc, ngang (tiếp hợp, tải nạp, biến
nạp)

56. • Các loại: IS, Tn. Với các tế bào
Eukaryota có thể có thêm dạng
Retrotranspoisitoin
• IS: Là các đoạn transposon ngắn, có
thể tạo ra các vùng tương đồng trên
ADN, nhờ đó sự tái tổ hợp có thể xảy
ra khi tế bào nhận ADN mới
• Tn: là các đoạn transposon dài, có thể
mang một hoặc nhiều gen
• Ví dụ: Tn3 mang gen kháng ampicilin,
Tn5 mang gen kháng kanamycin, Tn10
mang gen kháng tetracyclin.

57. IR (inverted repeat): lặp đoạn đảo ngược (thuộc transposon)
DR (direct repeat): lặp đoạn trực tiếp (nằm trên ADN mục tiêu)

58. Không sao chép

60. Cơ
chế
hoạt
động
của
gen
nhảy ADN polymerase tế bào kéo dài đầu cụt
3’ và nối đầu 3’ đã kéo dài với đầu 5’

61. • Transposon không đòi hỏi sự tương
đồng giữa nó và ADN mục tiêu
• Đóng vai trò quan trọng thực hiện
các biến đổi di truyền, gây xen đoạn,
mất đoạn dẫn tới sai hỏng chức
năng bình thường của gen hoặc làm
tế bào mất đi hoặc nhận thêm tính
trạng